Perdite nei trasformatori | Perdite di rame vs perdite di ferro e consigli per la riduzione

I trasformatori subiscono vari tipi di perdite durante il funzionamento, principalmente classificati in due tipologie principali: le perdite di rame e le perdite di ferro.

Perdite di Rame

Le perdite di rame, anche note come perdite I²R, sono causate dalla resistenza elettrica degli avvolgimenti del trasformatore, solitamente realizzati in rame. Mentre la corrente scorre negli avvolgimenti, l'energia viene dissipata sotto forma di calore. Queste perdite sono proporzionali al quadrato della corrente di carico (I²R), il che significa che aumentano significativamente con livelli di corrente più elevati.

Per minimizzare le perdite di rame:

• Utilizzare conduttori più spessi o materiali con maggiore conducibilità elettrica per ridurre la resistenza degli avvolgimenti.

• Operare il trasformatore a o vicino al suo carico ottimale per evitare correnti eccessive.

• Migliorare l'efficienza operativa complessiva minimizzando il carico inutilizzato e ottimizzando la progettazione del sistema.

Perdite di Ferro

Le perdite di ferro, o perdite del nucleo, si verificano nel nucleo magnetico del trasformatore a causa del flusso magnetico alternato. Queste perdite sono indipendenti dal carico e rimangono relativamente costanti nelle condizioni operative normali. Le perdite di ferro consistono in due componenti:

• Perdite di Isteresi: Queste risultano dalla magnetizzazione e demagnetizzazione ripetuta del materiale del nucleo sotto corrente alternata. L'energia viene persa sotto forma di calore a causa dell'attrito interno dei domini magnetici. Utilizzare materiali di nucleo con un ciclo di isteresi stretto, come l'acciaio silicio orientato, può ridurre significativamente questa perdita.

• Perdite per Correnti Vorticosità: I campi magnetici alternati inducono correnti circolanti (correnti vorticosità) all'interno del nucleo, portando a riscaldamento resistivo. Queste perdite vengono ridotte costruendo il nucleo da lamine sottili e isolate orientate parallelamente al flusso magnetico, che limitano il percorso delle correnti vorticosità. Progetti avanzati del nucleo e materiali ad alta resistività aiutano anche a ridurre le perdite per correnti vorticosità.

Strategie per Ridurre le Perdite nei Trasformatori

Ridurre le perdite nei trasformatori migliora l'efficienza, abbassa i costi di funzionamento e prolunga la durata della apparecchiatura. Le misure chiave includono:

• Scegliere Trasformatori Ad Alta Efficienza: I trasformatori ad alta efficienza moderni utilizzano materiali avanzati e progetti ottimizzati per minimizzare sia le perdite di rame che quelle di ferro.

• Ottimizzare il Progetto: La scelta accurata dei materiali del nucleo, delle configurazioni degli avvolgimenti e dei sistemi di raffreddamento può ridurre significativamente le perdite totali.

• Eseguire Manutenzione Regolare: Ispezioni e manutenzioni regolari, come la pulizia degli avvolgimenti, la verifica dei sistemi di raffreddamento e il mantenimento della qualità dell'olio nei trasformatori a olio, assicurano un funzionamento efficiente continuativo.

• Evitare il Sovraccarico: Il sovraccarico aumenta le perdite di rame e lo stress termico, accelerando la degradazione dell'isolamento e riducendo l'affidabilità.

• Adattare la Capacità alla Domanda di Carico: Dimensionare correttamente il trasformatore rispetto alla domanda effettiva di carico prevenisce inefficienze a carico leggero e riduce le perdite a carico nullo.

In conclusione, minimizzare le perdite nei trasformatori è essenziale per la conservazione dell'energia e per il funzionamento affidabile del sistema elettrico. Pertanto, la riduzione delle perdite dovrebbe essere una considerazione chiave nella selezione, progettazione e operatività continua dei trasformatori.